ES2242790T3 - Reactor de conversion quimica de una carga con aportes de calor y circulacion cruzada de la carga y de un catalizador. - Google Patents

Reactor de conversion quimica de una carga con aportes de calor y circulacion cruzada de la carga y de un catalizador.

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Abstract

Reactor de conversión química, que contiene entre un extremo superior y un extremo inferior un lecho catalítico sustancialmente vertical, y que comprende en combinación : - cerca del extremo superior de dicho reactor al menos un medio de introducción de un catalizador sólido, - medios de introducción y de evacuación de una carga que permite su circulación de forma sustancialmente horizontal a través del lecho catalítico. - medios de calentamiento de la indicada carga, integrados en el indicado reactor, en el cual el mencionado reactor comprende cerca de su extremo inferior al menos un medio de extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al sentido de circulación de la carga y el indicado lecho catalítico comprende una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no catalíticas de calentamiento de la carga y en el cual el medio de extracción del catalizador más río arriba difiere del medio de extracción situado más río abajo por su capacidad de extracción más pequeña.

Description

Reactor de conversión química de una carga con aportes de calor y circulación cruzada de la carga y de un catalizador.
Las industrias químicas, petroleras y petroquímicas utilizan numerosas reacciones químicas endotérmicas, por ejemplo reacciones de craqueo, de deshidrogenación o de reformación de hidrocarburos.
Algunas de estas reacciones son reversibles y están limitadas por un equilibrio termodinámico. En este caso, la refrigeración que se produce en un lecho catalítico debido a la endotermicidad de la reacción conduce a una limitación de la conversión de los reactivos.
Un medio para alcanzar una conversión elevada consiste en introducir superficies calentadoras en el lecho catalítico, o en utilizar una pluralidad de lechos catalíticos separados por zonas de recalentamiento del fluido de reacción.
En numerosos casos, en particular para la deshidrogenación de hidrocarburos, el catalizador se desactiva al menos parcialmente, por ejemplo por coquificado, en el transcurso de la reacción y debe ser trasegado, en continuo o a intervalos de tiempo, para su sustitución por catalizador nuevo o regenerado.
Se conocen procedimientos por ejemplo de reformación catalítica de hidrocarburos donde la carga de reacción pasa sucesivamente por una pluralidad de reactores de lecho catalítico, con recalentamientos intermediarios entre reactores, para compensar la refrigeración del fluido de reacción debido a la endotermicidad de la reacción. El catalizador circula de un reactor a otro, a cocorriente de conjunto o a contracorriente de conjunto con la carga antes de ser regenerado y reciclado. Esto conduce a una buena utilización del catalizador, que se coquifica de forma homogénea antes de ser regenerado.
Uno de los objetos de la invención es un reactor particularmente para la realización de un procedimiento de conversión química de lechos catalíticos con medios de aporte de calor integrados en el indicado reactor y que presenta por consiguiente una gran compacidad de la zona de reacción, combinada con una buena utilización del catalizador. Otro objeto de la invención es un procedimiento de conversión de una carga (lo más a menudo una carga hidrocarbonada) que experimenta una reacción endotérmica que utiliza el indicado reactor. No se saldría del marco de la presente invención utilizando una serie de reactores de los cuales uno al menos está conforme con la presente invención.
A este respecto, la invención propone un reactor para la conversión química de una carga, conteniendo el indicado reactor de conversión química entre un extremo superior y un extremo inferior un lecho catalítico sustancialmente vertical, y que comprende en combinación:
- cerca de su extremo superior al menos un medio de introducción de un catalizador sólido,
- medios de introducción y de evacuación de la indicada carga que permiten su circulación de forma sustancialmente horizontal a través del lecho catalítico.
- medios de calentamiento de la indicada carga, integrados en el indicado reactor,
en el cual el mencionado reactor comprende cerca de su extremo inferior al menos un medio de extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al sentido de circulación de la carga.
El reactor puede ser un reactor-intercambiador con superficies calentadoras sumergidas en el lecho catalítico; puede también comprender una pluralidad de lechos catalíticos separados por zonas no catalíticas de calentamiento de la carga de reacción. En cada una de estas zonas, la carga de reacción atraviesa un intercambiador de calor, alimentado por un fluido térmico.
Los fluidos térmicos que se pueden utilizar comprenden vapor de agua bajo presión, por ejemplo entre 0,5 MPa y 1,20 MPa de preferencia entre 0,6 MPa y 1 MPa absolutos ambos inclusive, hidrógeno o un gas que contiene hidrógeno como por ejemplo un gas de reciclado rico en hidrógeno tal como el utilizado en algunos procedimientos como diluyente de la carga de reacción para la protección del catalizador. Se puede también utilizar la carga propiamente dicha sin convertir, o líquidos tales como sales fundidas o sodio líquido.
El medio de extracción diferenciado del catalizador es habitualmente elegido entre el grupo formado por medios de extracción continuos y los medios de extracción discontinuos.
De forma preferida, el lecho catalítico comprende una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no catalíticas de calentamiento de la carga.
Según una característica preferida de la invención, el medio de extracción del catalizador el más río arriba difiere de al menos un medio de extracción situado río abajo, y particularmente del situado más río abajo, por su capacidad de extracción más pequeña (refiriéndose las indicaciones río arriba y río abajo al sentido de circulación de la carga).
La invención propone igualmente un procedimiento de conversión química de una carga que utiliza un reactor tal como el anteriormente descrito.
Típicamente, la carga es una carga de hidrocarburos, frecuentemente adicionada con un diluyente (por ejemplo vapor de agua, hidrógeno, nitrógeno, o una mezcla de estos gases).
En un modo de realización particular de la invención, el procedimiento de conversión químico es un procedimiento de deshidrogenación catalítica de una carga de hidrocarburos parafínicos.
Ahora se hace referencia a la figura 1 que representa de forma no limitativa un reactor R según la invención utilizado para la realización de una reacción endotérmica.
La carga de reacción se introduce en el reactor R por el conducto 1; la misma pasa sucesivamente por un lecho catalítico 3a, luego un intercambiador de calor 4a, luego por un segundo lecho catalítico 3b, luego por un segundo intercambiador de calor 4b, luego por un tercer y último lecho catalítico 3c, antes de salir del reactor por el conducto 2. El catalizador se introduce en el reactor en cabeza de este por el conducto 9. Se reparte por los lechos catalíticos 3a, 3b, 3c por los cuales circula en circulación por gravedad descendente. Cada lecho catalítico tiene una tolva separada de evacuación del catalizador: 7a para el lecho 3a, 7b para el lecho 3b y 7c para el lecho 3c.
Compuertas de extracción 8a, 8b y 8c en el fondo de cada uno de los lechos catalíticos permiten extraer por separado catalizador usado que circula por cada uno de los lechos catalíticos en serie. El catalizador es evacuado por los conductos 80a, 80b, 80c.
Los intercambiadores de calor 4a y 4b son alimentados por un fluido térmico introducido por los conductos 5, 5a y 5b, dejando este fluido los intercambiadores por los conductos 6a, 6b y 6.
Por la parte superior de los lechos 3a, y 3b, se introduce por los conductos 10, 10a, 10b un gas sustancialmente inerte cuya función es realizar un gas de barrido para evitar los pasos de contorneado (derivación) de la carga que circula por el lecho 3a al lecho 3b así como del lecho 3b al lecho 3c, sin pasar por el intercambiador 4a o el intercambiador 4b.
Típicamente este gas puede ser un diluyente de la carga, por ejemplo vapor de agua o gas de reciclado rico en hidrógeno.
La instalación funciona del modo siguiente.
La carga precalentada a la temperatura de reacción pasa por los tres lechos (o zonas) catalíticas 3a, 3b, 3c en serie, con dos recalentamientos intermediarios.
El catalizador, introducido por el conducto 9 es trasegado bien sea en continuo, o de forma discontinua por los conductos 80a, 80b, 80c.
Por el reactor, según la invención, se hace circular, y se renueva de preferencia más rápidamente el catalizador del lecho 3c como el del lecho 3a. En efecto, de forma típica, el catalizador envejece más rápidamente y se desactiva y se coquifica más rápidamente al final de la zona de reacción, es decir en el lecho río abajo 3c que en el lecho río arriba 3a. De preferencia 3c se renueva más rápidamente que 3b, así mismo renovado más rápidamente que 3a.
La invención permite por consiguiente una buena utilización del catalizador, que se trasiega en un estado de desactivación relativamente constante.
Cuando se funciona en continuo, se pueden utilizar las compuertas 8a, 8b, 8c para ajustar los trasiegos diferenciados de catalizador.
Cuando se funciona en discontinuo, es posible trasegar a intervalos cantidades de catalizador variables según las zonas del lecho catalítico (caudales de trasiego más importantes en las zonas río abajo, al sentido de la circulación de la carga).
Resulta igualmente posible realizar trasiegos más frecuentes de catalizador en la zona río abajo 3c que en la zona 3b y/o en la zona 3b que en la zona 3a. Se puede igualmente modular a la vez la frecuencia y las cantidades de catalizador extraídas.
Por último, es posible proceder a extracciones limitadas de catalizador usado (por ejemplo del 10% al 33% del volumen de cada lecho) o bien realizar renovaciones de todo el volumen de un lecho (o zona) individual: 3a, o 3b o 3c. En este caso, se renovará de preferencia más frecuentemente el catalizador de la zona 3c que el de la zona 3a.
Los reactores según la invención pueden contener de 2 a aproximadamente 20 zonas catalíticas separadas por zonas de intercambio térmico.
El fluido de reacción puede igualmente ser introducido lateralmente y circular horizontalmente, en corriente cruzada con la carga.
Es posible utilizar lechos de poco espesor, por ejemplo comprendido entre 5 y 10 cm, o de espesor medio, por ejemplo comprendido entre 10 y 80 cm, y si el procedimiento lo exige, velocidades espaciales bajas o elevadas (por ejemplo entre 10 y 250 h^{-1}). Las temperaturas dependen del procedimiento pero están frecuentemente comprendidas entre los 250ºC y los 950ºC.de preferencia entre aproximadamente 400 y aproximadamente 700ºC. Todos estos valores no son limitativos de la invención.
No se saldría del marco de la invención en el caso en que hubiera un lecho catalítico único, o lechos en paralelo, con una circulación cruzada carga/catalizador.
El reactor según la invención permite así realizar la conversión química de una carga en presencia de un catalizador aportando en cada una de las zonas catalíticas la cantidad de calor necesaria. Permite igualmente extraer de forma diferenciada el catalizador al menos parcialmente desactivado.
El reactor según la invención permite así mantener un nivel de actividad catalítica y/o una productividad elevadas de producto buscado.
La invención puede particularmente utilizarse para la reformación de hidrocarburos, la deshidrogenación del etilbenceno, y la deshidrogenación de las parafinas tales como por ejemplo el propano, el n-butano, el isobutano, las parafinas particularmente lineales que tienen de 10 a 14 átomos de carbono, para la producción de olefinas que permiten producir alquilbencenos, u otras reacciones químicas.

Claims (9)

1. Reactor de conversión química, que contiene entre un extremo superior y un extremo inferior un lecho catalítico sustancialmente vertical, y que comprende en combinación:
- cerca del extremo superior de dicho reactor al menos un medio de introducción de un catalizador sólido,
- medios de introducción y de evacuación de una carga que permite su circulación de forma sustancialmente horizontal a través del lecho catalítico.
- medios de calentamiento de la indicada carga, integrados en el indicado reactor,
en el cual el mencionado reactor comprende cerca de su extremo inferior al menos un medio de extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al sentido de circulación de la carga y el indicado lecho catalítico comprende una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no catalíticas de calentamiento de la carga y en el cual el medio de extracción del catalizador más río arriba difiere del medio de extracción situado más río abajo por su capacidad de extracción más pequeña.
2. Reactor según la reivindicación 1, en el cual el medio de extracción diferenciado del catalizador es elegido entre el grupo formado por medios de extracción continuos y los medios de extracción discontinuos.
3. Procedimiento de conversión química de una carga que utiliza un reactor que comprende entre un extremo superior y un extremo inferior un lecho catalítico sustancialmente vertical, comprendiendo este reactor en combinación:
- cerca de su extremo superior al menos un medio de introducción de un catalizador sólido,
- medios de introducción y de evacuación de la indicada carga que permiten su circulación de forma sustancialmente horizontal a través del lecho catalítico,
- medios de calentamiento, de la indicada carga, integrados en el indicado reactor,
comprendiendo el mencionado reactor igualmente cerca de su extremo inferior al menos un medio de extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al sentido de circulación de la carga, y comprendiendo el indicado lecho catalítico una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no catalíticas de calentamiento de la carga,
en el cual se hace circular y se renueva más rápida o más frecuentemente el catalizador situado en la mencionada parte río abajo del lecho catalítico con relación al catalizador situado en la mencionada parte río arriba.
4. Procedimiento de conversión química según la reivindicación 3, en el cual se realizan trasiegos diferenciados para las partes río abajo y río arriba del lecho catalítico, para obtener un estado de desactivación relativamente constante del catalizador trasegado.
5. Procedimiento de conversión química según una de las reivindicaciones 3 y 4, en el cual la carga es una carga de hidrocarburos.
6. Procedimiento de conversión química según una de las reivindicaciones 3 a 5, en el cual se realiza la deshidrogenación catalítica de una carga de hidrocarburos parafínicos.
7. Procedimiento de conversión química según una de las reivindicaciones 3 a 6, en el cual la carga se adiciona con un diluyente.
8. Procedimiento de conversión química según una de las reivindicaciones 3, 4, 5, 7 en el cual se realiza la reformación de hidrocarburos.
9. Procedimiento de conversión química según una de las reivindicaciones 3 a 7, en el cual se realiza la deshidrogenación del etilbenceno.
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